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磷酸铁锂

2018-02-25  睁眼的沙加

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。 自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属,M为CoFe两者之组合:LiFeCoPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学John. B. Goodenough等研究群,也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性,美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4), 使得该材料受到了极大的重视,并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料,尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比,LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

基本信息

  • 中文名:磷酸铁锂
  • 松装密度:0.7g/cm
  • 振实密度:1.2g/cm
  • 中位径:2-6um
  • 应用:储能设备
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功能用途

磷酸铁锂的应用领域主要有:

⑴ 储能设备

太阳能、风力发电系统之储能设备,不断电系统UPS,配合太阳能电池使用作为储能设备(比亚迪已经在生产此类电池);

⑵ 电动工具类

高功率电动工具(无线),电钻、除草机等;

⑶ 轻型电动车辆

电动机车,电动自行车,休闲车,高尔夫球车,电动推高机,清洁车,混合动力汽车(HEV),近期2-3年的目标;

⑷ 小型设备

医疗设备:电动轮椅车,电动代步车),玩具(遥控电动飞机,车,船);

⑸ 其它小型电器

矿灯, 植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性,锂电池仅铁锂可满足要求) , 替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用。

(6)移动电源

德国新能源公司Deboch经过长期研究,成功研发和量产了复合纳米材料的磷酸铁锂电池,提高了单位容量比,克服了磷酸铁锂单位体积过大,不适用于数码产品领域的难题。现在单节32650(直径32mm,长度65mm)规格电池,容量突破6000mAh,通过两节搭配,就能达到12000mAh。移动电源能量高达38.4Wh,足以给5.3Wh(1432mAh)的iPhone4S充电近6次,适合长途户外旅行的用户。

性能

高能量密度,

其理论比容量为170 mAh/g,产品实际比容量可超过140 mAh/g(0.2C,25°C);

安全性,

是目前最安全的锂离子电池正极材料; 不含任何对人体有害的重金属元素;

寿命长

在100%DOD条件下,可以充放电2000次以上;(原因:磷酸铁锂晶格稳定性好,锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大,故而具有良好的可逆性。存在的不足是电极离子传导率差,不适宜大电流的充放电,在应用方面受阻。解决方法:在电极表面包复导电材料、掺杂进行电极改性。)

磷酸铁锂电池的使用寿命与其使用温度息息相关,使用温度过低或者过高在其充放电过程及使用过程均产生极大不良隐患。尤其在中国北方电动汽车上使用,在秋冬季磷酸铁锂电池无法正常供电或供电电源过低,需调节其工作环境温度保持其性能。目前,国内解决磷酸铁锂电池恒温工作环境需考虑空间限制问题,较普遍的解决方案是使用气凝胶毡作为保温层。

充电性能

磷酸铁锂正极材料的锂电池,可以使用大倍率充电,最快可在1小时内将电池充满。

具体的物理参数:

松装密度:0.7g/cm

振实密度:1.2g/cm

中位径:2-6um

比表面积

涂片参数:

LiFePo4:C:PVDF=90:3:7

极片压实密度:2.1-2.4g/cm

电化性能:

克容量>155mAh/g 测试条件:半电池,0.2C,电压4.0-2.0V

循环次数:2000次

国内国际磷酸铁锂材料生产商:

国内:天津巴莫 杭州金马能源云南汇龙 天津斯特兰 北大先行 湖南瑞翔 铁虎能源 台湾长圆 台湾立凯 郑州朗泰 杭州赛恩斯 江西金锂科技 等

国际:加拿大Phostech、美国Valence、美国A123、日本sony。其中A123规模最大且得到美国政府的大力支持,现已破产。

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新颖性

磷酸铁锂是一种新型锂离子电池电极材料。其特点是放电容量大,价格低廉,无毒性,不造成环境污染。世界各国正竞相实现产业化生产。

但是其振实密度低,影响电容量。

目前主要的生产方法为高温固相合成法,产品指标比较稳定。

锂离子电池的性能主要取决于正负极材料,磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料是近几年才出现的事,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧,穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,是新一代锂离子电池的理想正极材料。

本项目属于高新技术项目中功能性能源材料的开发,是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技术产业发展规划重点支持的领域。

目前锂离子电池还是以小容量、低功率电池为主,中大容量、中高功率的锂离子电池尚开始试水大规模生产,使得锂离子电池逐步在中大容量UPS、中大型储能电池、电动工具、电动汽车中得到广泛应用。

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